Bobina de Tesla: o que é e como funciona?

Em 1891, Nikola Tesla inventou a bobina de Tesla, um transformador que produz tensão muito alta e corrente de alta frequência.

Como funciona a bobina de Tesla?

Esta é a explicação do funcionamento do modelo original. Uma fonte de tensão alternada (AC mains), cujo valor geralmente é entre 100V e 127V ou entre 220V e 240V, depende de onde você mora. Esta fonte é ligada a um transformador de alta tensão e este eleva a tensão para milhares de volts. A relação abaixo mostra que para a tensão no enrolamento secundário ($E_{s}$) ser maior que a tensão no primário ($E_{p}$), o número de espiras no enrolamento secundário ($N_{s}$), deve ser maior do que no enrolamento primário ($N_{p}$).

$\frac{E_{p}}{E_{s}}=\frac{N_{p}}{N_{s}}$

A alta tensão no enrolamento secundário carrega um capacitor ou banco de capacitores (High voltage capacitor). O centelhador (spark gap), consiste em duas peças de metal separadas por um espaço de ar e está ligado ao capacitor e ao enrolamento primário (primary) do segundo transformador. Quando o capacitor está carregado, uma alta tensão surge no centelhador, a partir de um certo nível de tensão, o ar deixa de ser isolante e se torna um condutor.

Quando surge uma faísca entre os condutores do centelhador, uma corrente circula entre o capacitor de alta tensão e o primário do segundo transformador. Como resultado, a tensão no capacitor diminui e a faísca no centelhador desaparece. Por conseguinte, a fonte de tensão carrega o capacitor novamente e o ciclo continua.

Ressonância e o segundo transformador

Embora a fonte forneça frequência em 50 ou 60Hz, o capacitor e o primário do transformador secundário, que não está ligado à fonte, operam em uma frequência de ressonância, visto que ambos são componentes armazenadores de energia.

A equação da frequência de ressonância ($f_{s}$) de um circuito LC. Onde $L$ e $C$ são a indutância e a capacitância, respectivamente.

$f_{s}=\frac{1}{2\pi\sqrt{LC}}$

No segundo transformador, o enrolamento primário possui fios grossos com poucas voltas, enquanto o enrolamento secundário possui fios mais finos, mas com um número muito maior de espiras. Portanto, a tensão neste é muito maior. Um dos terminais do enrolamento secundário deve ser aterrado, enquanto o outro lado tem uma esfera ou toroide de material condutor, para evitar fuga de cargas devido ao efeito corona.

Aplicações da bobina de Tesla

Antigamente, aplicava-se a alta tensão das bobinas de Tesla para geração de raios-X, também usava a bobina em experimentos em iluminação, fosforescência e eletroterapia. Atualmente, é usada para fins educacionais e entretenimento. No YouTube, você pode encontrar vídeos onde bobinas de Tesla tocam músicas famosas.